Neste artigo, comparamos amplificadores de detecção de corrente e amplificadores diferenciais, analisando suas arquiteturas, características de desempenho e diferenças de aplicação. As vantagens dos amplificadores de detecção de corrente em termos de largura de banda, taxa de rejeição de modo comum (CMRR) e aplicações de alta frequência são destacadas.

Diferenças arquitetônicas entre amplificadores de detecção de corrente e amplificadores diferenciais

Ao contrário dos amplificadores diferenciais, que dependem de redes de resistores de entrada para atenuar as tensões de entrada, os amplificadores com sensor de corrente normalmente empregam uma arquitetura única. Eles utilizam transistores de entrada de alta tensão para lidar diretamente com tensões de modo comum grandes e de rápida variação, enquanto amplificam com precisão pequenas tensões de derivação diferencial (Figura 1).

Figura 1. Exemplo de um amplificador de detecção de corrente

Em amplificadores diferenciais, o sinal diferencial de entrada é primeiro atenuado por uma rede de resistores e, em seguida, amplificado de volta ao nível de entrada original com ganho adicional para atingir a amplificação final do sinal na saída. Restaurar a entrada atenuada à sua amplitude original consome parte do produto ganho-largura de banda do amplificador interno, sacrificando a largura de banda para obter ganho extra.

Em contraste, os amplificadores de detecção de corrente não atenuam os sinais devido aos seus transistores de entrada de alta tensão, eliminando a necessidade de ganho adicional para restaurar a amplitude do sinal. Isso permite que o amplificador operacional interno retenha mais largura de banda para amplificação do sinal.

Vantagens de desempenho dos amplificadores de detecção de corrente

Vantagem em Largura de Banda: Por exemplo, o amplificador diferencial AD8206 possui uma largura de banda de -3 dB para pequenos sinais de 100 kHz, enquanto o amplificador de detecção de corrente AD8210 oferece uma largura de banda de 450 kHz. A maior largura de banda dos amplificadores de detecção de corrente os torna ideais para aplicações de alta frequência ou cenários que exigem a detecção de transientes de corrente rápidos.

Alta taxa de rejeição de modo comum (CMRR): os amplificadores de detecção de corrente geralmente apresentam uma CMRR mais alta, normalmente na faixa de 100 dB a 120 dB ou mais, enquanto a maioria dos amplificadores diferenciais tem uma CMRR entre 80 dB e 100 dB.

Faixa de Tensão de Modo Comum: Uma desvantagem da maior largura de banda dos amplificadores de detecção de corrente é a ausência de redes de atenuação internas. Isso limita sua capacidade de aceitar tensões de entrada de modo comum extremamente altas em comparação com amplificadores diferenciais. No entanto, os amplificadores de detecção de corrente ainda suportam altas faixas de tensão de modo comum, normalmente entre 80 V e 100 V.

Vantagens dos amplificadores de detecção de corrente em medições de corrente de rápida mudança

Amplificadores de detecção de corrente são comumente usados ​​para medir grandes correntes de comutação. Ao medir essas correntes no lado alto de uma carga, a tensão de modo comum no resistor shunt pode oscilar rapidamente entre o nível do terra e a tensão de alimentação.

Essas mudanças rápidas podem induzir transientes significativos na entrada do amplificador. Em alguns casos, transientes de tensão de modo comum podem exceder a própria amplitude do sinal. Idealmente, o amplificador deve produzir apenas uma saída que reflita a tensão de detecção diferencial amplificada. No entanto, em aplicações práticas, a saída pode apresentar uma resposta de degrau de modo comum.

Os amplificadores de detecção de corrente são excelentes na supressão de picos transitórios de modo comum causados ​​por etapas de tensão de modo comum de rápida mudança, tornando-os particularmente adequados para aplicações de detecção de corrente com amplitudes que variam rapidamente.

Aplicação de Amplificadores de Detecção de Corrente em Sistemas de Controle de Motores Trifásicos

Um exemplo claro de comutação rápida de tensão em modo comum ocorre na medição da corrente de fase de um sistema de controle de motor trifásico. Nesses sistemas, o controlador envia sinais de modulação por largura de pulso (PWM) ao estágio inversor para acionar cada fase do motor (Figura 2).

Figura 2. Detecção de corrente de controle de motor trifásico

Um resistor shunt é colocado em série com o motor para medir a tensão diferencial através dele, fornecendo realimentação instantânea da corrente. Essa realimentação permite que o controlador determine a fase de cada sinal. À medida que cada pulso PWM chega, a tensão de modo comum no resistor shunt comuta rapidamente em toda a faixa de alimentação, de V- para V+. Essas rápidas transições PWM exigem amplificadores com alta largura de banda e supressão eficaz de overshoots transitórios durante bordas de subida e descida.